علب التروس ذات التعشيق المزدوج: أبسط من المظاهر
تطيع الأمرين السابق والمقبل معاً
لتغيّر في أجزاء مئوية من الثانية

بشارة أبو النصر، سياراتنا  www.motiontrends.com - تموز (يوليو) 2008:

بما أن إرتفاع أسعار الوقود أصبح حديث الساعة، دافعاً بزخمه موضوع البيئة الى الواجهة أكثر من أي وقت مضى، لم تعد مسألة خفض معدلات إستهلاك سياراتنا تحتمل الإنتظار كثيراً، أو الصبر حتى نضوج تقنيات إستغلال خلايا الوقود والهيدروجين لتعميمها في الإستغلال اليومي، وبتسعير معقول، أو حتى زيادة إنتشار السيارات المهجنة أو الكهربائية.

لا بد من حلول مباشرة وفورية، مع سيارات اليوم، أكانت بنزينية فقط أو عاملة بالديزل أو حتى بتركيبة مهجنة كهربائية-بنزينية مثلاً.

أول ما يخطر الى البال هو خفض إستهلاك المحرك بالذات. لكن الأخير ليس إلا عنصراً في حلقة متكاملة، ولو كان دوره... محورياً، بالمعنيين الحقيقي والمجازي.

فصانعو السيارات والأنظمة والقطع وحتى الشركات المتخصصة في مجالات الإسفلت وتخطيط عمل إشارات السير وتحديد السرعات المختلفة، يبحثون في مجالاتهم المختلفة والمتكاملة، عن كل قطرة وقود يمكن توفيرها، وعن كل غرام يمكن تخفيفه من مجموع إبنعاثات ثاني أكسيد الكربون في الكلم الواحد.

الصورة واسعة طبعاً، لكن بين المحرك ووزن الهيكل والإطارات ونوعية القطران، يقع عنصر غالباً ما ننساه. علبة التروس طبعاً.

علب التروس المألوفة

حتى زمن قريب، تعودنا على علبتَي التروس اليدوية والأوتوماتيكية. الأولى أقل إستهلاكاً من الثانية المريحة في الإزدحامات. لحسن الحظ، أطلت منذ سنوات قليلة تقنية جديدة أقل إستهلاكاً من العلبتين اليدوية والأوتوماتيكية معاً، وأسرع تلبية ونشاطاً منهما أيضاً. والأحلى من هذه وتلك هو إمكان تشغيلها يدوياً تماماً أو أوتوماتيكياً.

إنها علبة التروس المزدوجة التعشيق twin clutch gearbox، أو double clutch transmission. صحيح أن معظم علب التروس الأوتوماتيكية الحديثة يسمح بالتشغيل شبه اليدوي، اي بالغيار من دون المعشق، لكنها بقيت تعتمد، كأي علب تروس أوتوماتيكية تقليدية، السوائل الهيدروليكية لتحويل العزم torque converter.

وصحيح أيضاً أن علب الترس المتبدل بإستمرار CVT, continuously variable transmission تمكّن السائق من الغيار بين نسب عدة، لكن الغيار مبرمج إلكترونياً هنا، ولا يعتمد على ترس محدد لكل سرعة معينة.

أما التقنية الجديدة ذات التعشيق المزدوج فهي تنقل الحركة من دون الوسيط الهيدروليكي (محوّل العزم torque converter) الذي يعرف في علب التروس الأوتوماتيكية التقليدية، كما تختلف عن العلبة اليدوية بإستغنائها عن دواسة التعشيق، مثلما تختلف عن علب الترس المتبدل بإستمرار لأنها تعتمد ترساً مختلفاً لكل نسبة، وبتعشيق معدني مباشر، كما تختلف أخيراً عن علبة التروس المسماة مؤتمتة robotised بعدم إكتفائها بمعشّق واحد للغيار بتشغيل إلكتروني-هيدروليكي، بل بالغيار بواسطة معشقين إثنين. كيف؟

التعشيق المزدوج: علبتان في علبة واحدة

تعرف علبة التروس الجديدة بإستغلالها لمعشقين إثنين twin clutches (لنسميهما "أ" و"ب")، عوضاً عن معشق واحد، مع تحكم إلكترو-هيدروليكي يعشق في وقت واحد، السرعة التي طلبتها (الأولى مثلاً)، والأخرى التي ستليها.

ليست العملية معقدة. تصل الحركة الدائرية من المحرك (يسار رسم آودي Audi) الى المعشق clutch عادة، ومنه الى تروس علبة السرعات التي تعدّل الدوران بنسب ratios معينة (السرعات) حسب الحاجة، قبل نقلها الى عجلتَي أو عجلات الدفع. دور المعشق هو فصل حركة دوران المحرك عن تروس علبة السرعات أثناء الغيار.

ما يختلف مع المعشقين هنا، هو حصول عمليات الغيار كالآتي: عند تركيب السرعة الأولى، ينقل المعشق الأول (أ) الدوران من عمود الدوران الواصل من المحرك، الى عمود دوران داخلي متصل بالنسبة الأولى المعشقة في هذه الحالة، لنقل الحركة الى عجلتي أو عجلات الدفع (بالسرعة الأولى)، بينما ينتظر المعشق الثاني (ب) دوره، وهو جاهز ومعشق مع ترس السرعة الثانية.

وعندما تنقل مقبض الغيار بيدك الى السرعة الثانية، لا يتعشق ترس النسبة الثانية، بما أنه معشق أصلاً منذ تعشيق السرعة الأولى، بل ينفصل المعشق الأول عن محور الدوران الواصل من المحرك، ليتصل بالأخير المعشقُ الثاني فتنال السرعة الثانية دوران المحرك، بلمح البصر، لأن المعشق كان جاهزاً من الأساس وينتظر تلقيه عزم المحرك لنقله الى العجلات، عبر ترس السرعة الثانية.

إنتقلنا الى النسبة الثانية. لكن ماذا يفعل المعشق الأول الآن؟

لم يهدر ولا ثانية واحدة، بل هو إنتقل (منذ إختيارك للسرعة الثانية) لتعشيق ترس السرعة الثالثة التي ستحتاج إليها بعد الثانية. كل شيء جاهز، الى أن تطلب الغيار بيدك اليمنى، أو من وراء المقود، فيتم تفعيل المعشق الأول من جديد، لكن مع ترس السرعة الثالثة والجاهزة منذ إنتقلت السيارة الى النسبة التي سبقتها.

وهنا أيضاً، ما أن ينتقل الدفع الى النسبة الثالثة مع المعشق الأول، حتى "يستنفر" المعشقُ الثاني ترس َ النسبة الرابعة ليجهّزها، في إنتظار الغيار الى السرعة الرابعة، صعوداً الى النسبة السادسة أو السابعة (حسب الموديلات).

كم يتطلب الغيار؟ تتم عملية الغيار والتعشيق المزدوج بكاملها خلال أجزاء مئوية من الثانية الواحدة! بمعنى آخر، ليس هناك أي هدر للطاقة في أثناء عملية الغيار.

تجوز تسمية هذا النوع من علب التروس بالعلبة المزدوجة، لأن كل معشق يتولى تشغيل قسم من السرعات، كالسرعات المفردة 1 و3 و5 و7 بواسطة المعشق الأول، و2 و4 و6 (وترس الرجوع) بواسطة المعشق الثاني.

لتنفيذ ذلك، ينقل المعشق الأول الحركة الى كل من تروسه (1 و3 و5 و7) بعمود دوران، بينما يتصل المعشق الثاني بالنسب 2 و4 و6 وبنسبة الرجوع، بواسطة عمود دوّار ثانٍ مجوف ويتضمن تحديداً عمود دوران... المعشق الأول الذي يدور في داخله لكن بكل إستقلالية عنه. عمود داخل عمود مجوف، وكل منهما يخدم مجموعة تروس (راجع الرسوم).

وهكذا، تتلاحق تروس النسب في علبة إس ترونيك لدى آودي مثلاً، 4 و6 و2 والرجوع R و1 و3 و7 و5 على التوالي، حول العمودين الدوارين (الأجوف الخارجي والداخلي).

أنواع العلب المزدوجة

أولى التسميات التجارية لهذا النوع من العلب كانت دي إس جي DSG, Direct Shift gearbox لدى فولكسفاغن Volkswagen التي أطلقت هذه التقنية (تجارياً، لكنها عرفت في سباقات السيارات قبل ذلك) في العام 2003، حتى بلغ مجموع إنتاجها منها مليون وحدة حتى شباط (فبراير) الماضي، منها نحو 180 ألفاً لدى فرعها آودي وحده.

وفي حين تختلف الأسعار حسب الموديلات والماركات طبعاً، فهي تبدأ من 1750 يورو مثلاً لعلبة دي إس جي DSG في جيلها الثاني الجديد (سبع نسب أمامية عوضاً عن ست، وبمعشقين "جافين" في صيغتها المعدة للمحركات العرضية، خلافاً للمعشقين اللذين كانا مغمورين بالسائل الهيدروليكي في الجيل الأول)، في موديل فولكسفاغن غولف VW Golf.

ودفع نجاح التقنية الجديدة المجموعة الألمانية الى توفيرها في صيغ مختلفة حسب مستويات عزم المحركات، لماركاتها الأخرى آودي Audi تحت تسمية إس ترونيك S-Tronic وسكودا Skoda التشيخية وسيات SEAT الإسبانية، وحتى في لامبورغيني Lamborghini الإيطالية وبوغاتي Bugatti الفرنسية، عدا عن الماركات والمجموعات الأخرى التي تقترح أو ستقترح قريباً عروضها من علب التعشيق المزدوج.

صيغ مختلفة

إن إختلفت الصيغ التقنية بين الصانعين، يبقى مبدأ المعشقين مشتركاً، لتقع الفوارق خصوصاً في عدد السرعات الأمامية (6 أو 7) وفي وضعية المحرك (عرضياً أو طولياً) المطلوبة مع هذه العلبة أو تلك، مع الدفع الأمامي أو الرباعي، وحسب قدرة تحمّل عزم المحركات، أو حسب تقنية المعشقين الجافين dry clutches كما هي الحال في الجيل الثاني لدى فولكسفاغن، أو المعشقين المغمورين بالزيت wet clutches كما هي الحال في علب أخرى، لدى فولكسفاغن أو غيرها (بورشه وفورد وفولفو مثلاً).

وتوفر مجموعة فورد Ford تقنية علبة التروس المزدوجة التعشيق لدى ماركتها السويدية فولفو Volvo التي تتيحها في بعض موديلاتها تحت تسمية باورشيفلت Powershift المعروفة ايضاً لدى ماركتها الأم فورد Ford في حين ستطلق فيراري علبتها المزدوجة التعشيق في موديل كاليفورنيا Ferrari California الذي سيعرض في باريس الخريف المقبل.

أما بورشه Porsche التي تملك 31 في المئة من مجموعة فولكسفاغن وتحضّر لزيادة النسبة الى نحو 51 في المئة خلال العام الحالي، فقد طوّرت علبتها المزدوجة التعشيق بالتعاون مع شركة زد إف ZF الألمانية، لتتوافر قريباً مع موديل 911 كاريرا Carrera وكاريرا إس Carrera S، بالدفع الخلفي RWD أو الرباعي AWD.

خلفية رياضية

إن بدأ تسويق هذه التقنية في العام 2003، فالفكرة ليست جديدة كلياً، إذ إختبرتها في سباقات السيارات، وبنجاح:

- بورشه Porsche في بطولة العالم لسباقات التحمل World Endurance Championship مع موديل 962 للفئة سي Porsche 962 Group C racing car،
- وآودي Audi في بطولة العالم للراليات World Rally Championship مع مودثيل سبورت كواترو إس Sport quattro S1.

لكن التقنيات الإلكترونية والإلكتروميكانيكية لم تسمح آنذاك بنقل تلك التقنية الى الحيز التسويقي، لا من حيث الحجم ولا الكلفة والوزن.

التطوير الإنتاجي

أما الشركة التي طورتها التقنية لنقلها الى الإستغلال التسويقي، مع الأنظمة اللإلكترونية العصرية التي تحل مشكلة التعقيدات والأكلاف، فهي بورغ وورنر BorgWarner التي تعرّف التقنية بتسمية دوالترونيك DualTronic. وكانت فولكسفاغن أولى الشركات التي إهتمت بالموضوع فإتفقت مع بورغ وورنر لتطوير صيغ عدة حسب حاجات ماركاتها وموديلاتها المختلفة.

وتم تطوير صيغ مختلفة حسب التطبيقات، مثل صيغ فورد Ford المستغلة في موديل فوكوس Focus وفولفو Volvo (تطوير مشترك وجتراغ Getrag) في موديلات سي C30 وإس S40 وفي V50، بينما طوّرت علبة تروس بورشه الجديدة Porsche double-clutch transmission, Porsche-Doppel-kupplungs-getriebe PDK التي تتضمن سبع نسب أمامية 7-speed مع شركة زد إف ZF الألمانية التي تسميها ZDT 50K وتعتمد تقنية المعشقين المغمورين بالزيت wet clutches.

وتتوافر تقنية التعشيق المزدوج أيضاً في موديلات أخرى منها علبة تي سي إس إس تي Twin Clutch SST في ميتسوبيشي لانسر إيفو Mitsubishi Lancer Evo X وعلبة Dual Clutch Transmission في نيسان جي تي آر Nissan GT-R السوبر رياضية.

إس ترونيك والدفع الرباعي

الى جانب علبة تروس إس ترونيك S tronic المعروفة لدى آودي منذ 2003 في موديل آي A3 بنسبها الأمامية الست (مثل علبة دي إس جي فعلياً لدى الشقيقة فولكسفاغن) والمعدة للمحركات المركبة عرضياً (تحتمل حتى 350 نيوتون-متر)، تقترح ماركة الحلقات الأربع تقنية إس ترونيك الجديدة بسبع نسب أمامية، في صيغتين، أولاهما مخصصة ايضاً للمحركات المركبة عرضياً، وتتحمل حتى 250 نيوتون-متر (موديل آي A3، وهي بمعشقين جافين غير مغمورين بالزيت)، بينما صممت الأخرى بنسبها الأمامية السبع أيضاً لإستغلالها مع المحركات المركبة طولياً، ومع الدفع الرباعي كواترو أيضاً، مع تحملها حتى 550 نيوتون-متر.

يمكن تشغيل إس ترونيك أوتوماتيكياً كلياً، أو يدوياً من مقبض الكونسول الوسطى، أو من أزرار المقود (تجهيز إضافي)، وببرمجة ميالة الى الراحة أو الى التلبية الرياضية.

وفي الصيغة المعدة للدفع الرباعي، تخرج حركة الدوران من علبة إس ترونيك لتمر أولاً بعلبة تروس تفاضلية وسطى وذاتية الإنغلاق self-locking center differential ومهمتها بكل بساطة (على الرغم من بربرية إسمها)، توزيع عزم الدوران على ترسين، أولهما يشغل المحور الأمامي، والثاني للمحور الخلفي.

نسبة التوزيع العادية هي 60 في المئة من العزم الى المؤخر (لإعطاء زخم شبيه بالسيارات الخلفية الدفع)، و40 في المئة الى المقدم (لمنع تركز العزم كله من المؤخر).

وإذا إختل التوازن وبدأت عجلتا أحد المحورين تدوران بسرعة فوق إعتيادية، تتدخل علبة التروس التفاضلية الوسطى فتغلق قسماً من مجال الدوران، أو "تضيّق الخناق" على المحور المهووس، فينتقل فارق العزم أوتوماتيكياً الى المحور الأقل "شغباً". ويمكن إنتقال حتى 85 في المئة من العزم الى المحور الخلفي، وحتى 65 في المئة الى الأمامي، بما يعني أن العزم لا يمكن أن يصبح خلفياً أو أمامياً فقط.

وتشير الماركة الألمانية الى أن النسب السبع توسّع نطاق النسب حتى 8.0 الى واحد، بين الأولى المنخفضة لتأمين التلبية، والسابعة الطويلة لتخفيف الإستهلاك، علماً بأنها قابلة للإستغلال مع محركات رياضية جداً وتصل سرعة دورانها الى 9000 دورة في الدقيقة الواحدة، وأقصى عزم دورانها حتى 550 نيوتون-متر.

ويذكر أن آودي تقترح أيضاً، الى جانب علب التروس اليدوية التقليدية، علبة مالتيترونيك Multitronic ذات النسبة المتبدلة بإستمرار سي في تي CVT, continously variable transmission (مع إمكان التشغيل بثماني نسب محددة إلكترونياً، اي مبرمجة للثبات بنسب محددة من دون ترس خاص بكل نسبة)، علماً بأن الأخيرة معدة لفئات الدفع الأمامي فقط، في موديلات عدة.

أما الخيارات الأخرى لدى آودي فهي تتضمن ايضاً الأوتوماتيكية تيبترونيك Tiptronic (من آي A3 صعوداً الى آي A8، مروراً بكيو Q7، مع الدفع الأمامي أو الرباعي كواترو)، إضافة الى علبة آر ترونيك R tronic في موديل آر R8 الرياضي العالي، والمخصصة للأداء العالي جداً، مع ست نسب أمامية، فتنتقل تعليمات السائق (من المقود أو من مقبض الغيار في الكونسول) إلكترونياً ليتم تشغيل المعشق وتروس العلبة بواسطة نظام هيدروليكي يحافظ على ضغط 45 الى 50 بار.

وإن ظننت أنك ستحتار قريباً بين المحركات البنزينية والديزل والمهجنة والأخرى الكهربائية البحتة، قبل الحديث عن إمكان وصول تقنية خلايا الوقود الى المستهلك العادي مثلي ومثلك، لا تنسَ أن تكنولوجيا علب التروس لا تزال تخبئ لنا أيضاً خيارات لا تقل تشويقاً وإثارة عن المحركات، لا في خفض الإستهلاك فقط، بل في التشويق الرياضي أيضاً.